JP5812849B2 - Small drone - Google Patents
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Description
本発明は、遠隔操縦により飛行して、空中から地表の監視や調査などを行うのに用いられる小型無人機に関するものである。 The present invention relates to a small unmanned aerial vehicle that is used for flying by remote control and monitoring or surveying the ground surface from the air.
この種の小型無人機としては、例えば非特許文献1に記載されているように、前後左右にロータ(回転翼)を配置した構造を有するものがある。この小型無人機は、各ロータにより推力を発生し、遠隔操縦で各ロータの制御を行うことにより、水平方向及び垂直方向に自在に飛行可能であると共に、ホバリングを行うこともできる。
As this type of small unmanned aerial vehicle, for example, as described in Non-Patent
ところが、上記したような従来の小型無人機にあっては、回転翼機特有の優れた飛行性能を有するのであるが、飛行には多くのエネルギー(電力)を必要とする一方で、大型のバッテリーを搭載することができないため、長時間の運用が困難であるという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。 However, the conventional small unmanned aerial vehicle as described above has an excellent flight performance unique to a rotary wing aircraft, but requires a large amount of energy (electric power) to fly, but a large battery. Since it cannot be installed, there is a problem that it is difficult to operate for a long time, and it has been a problem to solve such a problem.
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたものであって、飛行性能と走行性能の両方を備えたものとすることにより、長時間の運用を実現することができる小型無人機を提供することを目的としている。 The present invention has been made by paying attention to the above-described conventional problems, and is a small unmanned aircraft capable of realizing long-time operation by providing both flight performance and running performance. It is intended to provide.
本発明の小型無人機は、機体中心から四方の位置に、上向きの推力を発生する駆動部を配置したものであって、各駆動部は、回転駆動される内側のロータと、回転自在に保持された外側のリング体を同軸状に備えると共に、水平面に対してリング体の一部が接触するように回転中心線が傾斜しており、ロータの回転駆動軸とリング体との間に、回転駆動軸からリング体への動力伝達を断続させるためのクラッチ機構を備えている構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。 The small unmanned aerial vehicle of the present invention has a drive unit that generates an upward thrust at four positions from the center of the machine body, and each drive unit is rotatably held with an inner rotor that is driven to rotate. The outer ring body is provided coaxially, and the rotation center line is inclined so that a part of the ring body is in contact with the horizontal plane, and the rotation is performed between the rotary drive shaft of the rotor and the ring body. The clutch mechanism for intermittently transmitting power from the drive shaft to the ring body is provided, and the above configuration is used as means for solving the conventional problems.
本発明の小型無人機は、上記構成を採用したことにより、飛行性能と走行性能の両方を備えたものとなり、長時間の運用を実現することができる。これにより、任務や環境などに応じて、飛行と走行を組み合わせた様々な行動パターンを実行することができ、運用目的の拡大を図ることができる。 The small unmanned aerial vehicle according to the present invention has both the flight performance and the traveling performance by adopting the above-described configuration, and can realize a long-time operation. As a result, various action patterns combining flight and traveling can be executed according to the mission, environment, etc., and the operation purpose can be expanded.
以下、図面に基づいて、本発明の小型無人機の一実施形態を説明する。
図1に示す小型無人機Vは、機体Bの中心から四方の位置に、上向きの推力を発生する駆動部1を配置した構造を有している。図示例の機体Bは、軽量な板状の部材から成るものであって、中央部B1の前後左右(図上では上下左右)に延出部B2を有しており、各延出部B2に、前記駆動部1を夫々備えている。なお、当該小型無人機Vは、その機体構造に明確な方向性は無いが、便宜上、図面の上方を前方とする。
Hereinafter, an embodiment of a small drone of the present invention will be described based on the drawings.
A small unmanned aerial vehicle V shown in FIG. 1 has a structure in which a
各駆動部1は、図2及び図3に示すように、回転駆動される内側のロータ(回転翼)2と、回転自在に保持された外側のリング体3を同軸状に備えると共に、水平面に対してリング体3の一部が接触するように回転中心線CLが傾斜している。そして、各駆動部1は、ロータ2の回転駆動軸4とリング体3との間に、回転駆動軸4からリング体3への動力伝達を断続させるためのクラッチ機構5を備えている。
As shown in FIGS. 2 and 3, each
より詳しく説明すると、各駆動部1は、機体Bの延出部B2の上面に、減速機構付のモータ6を備えている。各モータ6は、出力軸である回転駆動軸4を延出部B2の下面側に貫通させ、その回転駆動軸4に前記ロータ2が装着してある。各モータ6は、回転数や回転方向を個別に制御することが可能である。
If it demonstrates in detail, each
前記リング体3は、延長部B2の下面に、ベアリング7を介して回転自在に装着してある。また、リング体3は、その周方向に所定間隔で複数(図示例では24個)のキャスター8を備えている。キャスター8は、数や大きさが限定されるものではないが、走行する際に必ず1個若しくはそれ以上が接地する構成にするのが良い。さらに、この実施形態のリング体3は、ロータ2の回転域を包囲するダクトであって、図1(A)及び図3に示すように、上下に大きく開放されたものとなっている。
The
前記クラッチ機構5は、ロータ2の回転駆動軸4に装着してあって、リング体3との間には、遊星ギア機構9が設けてある。遊星ギア機構9は、クラッチ機構5の外周部に形成した太陽歯車9Aと、リング体3の内周部に形成した内歯車9Bと、太陽歯車9Aと内歯車9Bとの間に配置した4個の遊星歯車9Cで構成してある。各遊星歯車9Cは、延出部B2に固定した回転軸9Dにより夫々回転自在に保持してある。
The
これにより、クラッチ機構5を遮断した状態では、モータ6によりロータ2のみが回転駆動され、クラッチ機構5を接続すると、モータ6の動力がクラッチ機構5及び遊星ギア機構9を介してリング体3に伝達され、リング体3がロータ2と逆方向に回転する。
Thus, in a state where the
また、各駆動部1は、先述の如く回転中心線CLが傾斜しているのであるが、より具体的には、機体Bの中心に対して、夫々の回転中心線CLが外側に倒れる方向に傾斜している。この実施形態では、図1(B)及び図2に示すように、機体Bの各延出部B2が、その先端を下げる方向に傾斜しており、これにより、同延出部B2に設けた駆動部1の回転中心線CLを傾斜させている。
Further, as described above, each
さらに、各駆動部1は、機体Bの中心を挟んだ一対の駆動部同士、すなわち前後の駆動部1,1同士、及び左右の駆動部1,1同士において、ロータ2及びリング体3の回転駆動方向が互いに逆向きになるように制御する。
Further, each
さらに、小型無人機Vは、機体Bの中央部B1の上面に、バッテリー10、各クラッチ機構5やモータ6を制御するためのコントローラ11、及びデータ送受信用の通信機12を備えており、中央部B1の下面に、地表を撮影するためのカメラ13を備えている。
Further, the small drone V includes a
上記の構成を備えた小型無人機Vは、各ロータ2により上向きの推力を発生し、遠隔操縦により水平方向及び垂直方向へ自在に飛行可能であると共に、ホバリングを行うこともできる。飛行中においてクラッチ機構5は遮断状態である。このとき、小型無人機Vは、前後のロータ2を互いに逆方向に回転させると共に、左右のロータ2も互いに逆方向に回転させ、回転翼機と同様にロータ2の回転の反力を打ち消して姿勢を安定させる。
The small unmanned aerial vehicle V having the above-described configuration generates upward thrust by each
さらに、小型無人機Vは、着陸すると、各駆動部1の回転中心線が傾斜しているので、図1(B)及び図2に示すように、各リング体3の一部(機体外側となる一部)が接地することとなり、この状態でクラッチ機構5を接続すると、走行することができる。このとき、小型無人機Vは、左右のリング体3,3を互いに逆方向に回転させることで前進又は後退すると共に、前後のリング体3,4を互いに逆方向に回転させることで左方向又は右方向に移動し、その場で旋回することもできる。このような走行時には、飛行時に比べてモータ6の回転数を大幅に下げるので、その分エネルギー(電力)消費も少なくなる。
Further, when the small drone V is landed, the rotation center line of each
このように、上記実施形態の小型無人機Vは、飛行性能と走行性能の両方を備えたものとなり、長時間の運用を実現することができる。これにより、任務や環境などに応じて、飛行と走行を組み合わせた様々な行動パターンを実行することができ、運用目的の拡大を図ることができる。 Thus, the small unmanned aerial vehicle V of the above embodiment has both flight performance and running performance, and can realize long-time operation. As a result, various action patterns combining flight and traveling can be executed according to the mission, environment, etc., and the operation purpose can be expanded.
例えば偵察任務の場合、飛行して目標近くで着陸し、その後、静かに走行して目標の情報収集をすることが可能であり、秘匿性の高い運用を実現することができる。この際、走行時には低電力消費モードになるので、長時間の運用が可能である。また、この小型無人機Vは、機体Bの高さが低いので、構造物の下側の隙間や車両の下側に進入することも可能である。 For example, in the case of a reconnaissance mission, it is possible to fly and land near the target, and then travel quietly to collect information on the target, thereby realizing highly confidential operation. At this time, since it is in a low power consumption mode during traveling, it can be operated for a long time. Moreover, since this small unmanned aerial vehicle V has a low height of the airframe B, it is also possible to enter the lower space of the structure or the lower side of the vehicle.
さらに、小型無人機Vは、各駆動部1をその回転中心線CLが外側に倒れる方向に傾斜させると共に、一対の駆動部1同士においてロータ2及びリング体3の回転駆動方向を互いに逆向きにしたので、各モータ6及びクラッチ機構5の簡単な制御により、飛行時の姿勢の安定化や、滑らかな走行を実現することができる。
Further, the small drone V tilts each
さらに、小型無人機Vは、リング体3に複数のキャスター8を設けたことで、走行性のさらなる向上を実現することができ、また、リング体3をダクトにしたことで、飛行時の推力向上を図ることができる。
Furthermore, the small drone V can realize further improvement in traveling performance by providing a plurality of
本発明の小型無人機は、その構成が上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の細部を適宜変更することが可能である。上記実施形態では、リング体3にキャスター8を設けて走行性の向上を実現した例を説明したが、例えば、前後又は左右で相対する二つの駆動部1のキャスター8に代えて、リング体3の下部に弾性部材や凹凸などを設けることで、地表に対するグリップ力を高めることも可能である。
The configuration of the small drone of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and details of the configuration can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention. In the above embodiment, the
また、上記の実施形態では、機体の前後左右に駆動部を配置した例を説明したが、機体中心から四方に駆動部が配置してあれば良く、必ずしも周方向に90度間隔でなくても構わない。なお、例えば、2つの主駆動部と1つの小型の副駆動部を備えた構成にすることも不可能ではないが、飛行及び走行の両方を安定的に行うには、本発明のように4つの駆動部を備えた構成とするのが望ましい。 In the above-described embodiment, the example in which the drive units are arranged on the front, rear, left, and right sides of the aircraft has been described. I do not care. In addition, for example, it is not impossible to have a configuration including two main drive units and one small sub drive unit. However, in order to perform both flight and travel stably, as in the present invention, 4 It is desirable to have a configuration with one drive unit.
B 機体
CL 駆動部の回転中心線
V 小型無人機
1 駆動部
2 ロータ
3 リング体
4 回転駆動軸
5 クラッチ機構
8 キャスター
B Machine body CL Rotation center line of drive unit V Small
Claims (4)
各駆動部は、回転駆動される内側のロータと、回転自在に保持された外側のリング体を同軸状に備えると共に、水平面に対してリング体の一部が接触するように回転中心線が傾斜しており、
ロータの回転駆動軸とリング体との間に、回転駆動軸からリング体への動力伝達を断続させるためのクラッチ機構を備えていることを特徴とする小型無人機。 A small unmanned aerial vehicle with a drive unit that generates upward thrust at four positions from the center of the aircraft,
Each drive unit is coaxially provided with an inner rotor that is rotationally driven and an outer ring body that is rotatably held, and the rotation center line is inclined so that a part of the ring body is in contact with the horizontal plane. And
A small unmanned aerial vehicle including a clutch mechanism for intermittently transmitting power from the rotary drive shaft to the ring body between the rotary drive shaft of the rotor and the ring body.
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